(57)【要約】【課題】圧力損失を低減した積層型熱交換器を提供する。【解決手段】各チューブシート（１１）の入口タンク（１１７）に形成された開口部（１１４ａ，１１６ａ）の断面積ａ１と、前記入口パイプ（１３）が前記上部プレート（３）と接続する部分の断面積ａ２との流路面積比Ｒ（ａ１／ａ２）を、１．１≦Ｒ≦１．３とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々開口部（１１４ａ，１１６ａ，１１４ｂ，１１６ｂ）を有する入口タンク（１１７）と出口タンク（１１８）との間に冷媒流路（１１９）が形成されたチューブシート（１１）を複数積層するとともに、積層方向に隣接する前記チューブシート間に複数のフィン（１２）を設けてなる熱交換器コア（１）を備え、当該熱交換器コア（１）がボトムケース（２）と上部プレート（３）との間に収納され、
複数積層された前記各チューブシート（１１）の入口タンク（１１７）及び出口タンク（１１８）はそれぞれの開口部が積層方向に連通し、
前記上部プレート（３）の一端部には前記入口タンク（１１７）に冷却媒体（１００）を導入するための入口パイプ（１３）が形成され、且つ、前記上部プレート（３）の他端部には前記出口タンク（１１８）から冷却媒体（１００）を導出するための出口パイプ（１４）が形成され、
前記入口パイプ（１３）から前記入口タンク（１１７）に導入した冷却媒体（１００）を、前記複数積層された各チューブシート（１１）の冷媒流路（１１９）を流通させた後、前記出口タンク（１１８）から前記出口パイプ（１４）を通じて導出するとともに、前記冷媒流路（１１９）を流通する冷却媒体（１００）と前記複数のフィン（１２）に供給される熱交換媒体（２００）との間で熱交換を行う積層型熱交換器（１０）において、
前記各チューブシート（１１）の入口タンク（１１７）に形成された開口部（１１４ａ，１１６ａ）の断面積ａ１と、前記入口パイプ（１３）が前記上部プレート（３）と接続する部分の断面積ａ２との流路面積比Ｒ（ａ１／ａ２）を、
１．１≦Ｒ≦１．３
としたことを特徴とする積層型熱交換器。
【請求項２】
前記チューブシート（１１）は、一端部及び他端部にそれぞれ開口部（１１４ａ，１１６ａ，１１４ｂ，１１６ｂ）が形成されたタンク成形部（１１３ａ，１１３ｂ，１１５ａ，１１５ｂ）を有する一対のプレート部材（１１１，１１２）を重ね合わせ、前記一端部で対向する一対の前記タンク成型部（１１３ａ，１１５ａ）で形成される空間を前記入口タンク（１１７）とし、また前記他端部で対向する一対の前記タンク成型部（１１３ｂ，１１５ｂ）で形成される空間を前記出口タンク（１１８）とするとともに、前記一端部と他端部の間で前記一対のプレート部材間（１１１，１１２）に形成される空間を前記冷媒流路（１１９）とすることを特徴とする請求項１に記載の積層型熱交換器。
【請求項３】
前記熱交換器コア（１）は、前記各チューブシート（１１）の出口タンク（１１８）に形成された開口部（１１４ｂ，１１６ｂ）の断面積ａ１と、前記出口パイプ（１４）が前記上部プレート（３）と接続する部分の断面積ａ２との流路面積比Ｒ（ａ１／ａ２）を、
１．１≦Ｒ≦１．３
としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の積層型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用・産業用ラジエータ及びオイルクーラ、車両用・家庭用凝縮器等に用いられる熱交換器に関し、とくに、一対のプレート部材の間に冷媒流路の形成されたチューブを複数積層してなる積層型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型熱交換器は、２枚のプレート部材を内部に冷却媒体の流路が形成されるように重ね合わせることによって形成されたチューブを複数積層した構造となっている。このような積層型熱交換器では、各チューブの一端に設けられた入口タンクに冷却媒体を導入する入口パイプが、また他端に設けられた出口タンクには前記冷却媒体を排出する出口パイプがそれぞれ形成され、入口パイプから入口タンクに導入された冷却媒体は、各チューブの流路を流通して出口タンクに流入した後、出口パイプから排出される。冷却媒体は、チューブの流路を流通する際に、外部から供給される熱交換媒体との間で熱交換が行なわれる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１９８０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の積層型熱交換器において、入口パイプから導入された冷却媒体は入口タンクで急激に流路断面積が増加するため、流れの拡大損失や、タンク内での渦流れのため、圧力損失が大きくなるという問題点があった。とくに、燃料電池自動車では、補機で消費する動力を出来るだけ減らしたいという要望があり、熱交換器の圧力損失を下げることができれば、熱交換器に冷却水を供給するポンプの動力を減らすことが可能となる。このため、燃料電池自動車においては、熱交換器における圧力損失の低減が求められている。
【０００４】
この発明の目的は、圧力損失を低減することができる積層型熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に係わる積層型熱交換器は、各々開口部を有する入口タンクと出口タンクとの間に冷媒流路が形成されたチューブシートを複数積層するとともに、積層方向に隣接する前記チューブシート間に複数のフィンを設けてなる熱交換器コアを備え、当該熱交換器コアがボトムケースと上部プレートとの間に収納され、複数積層された前記各チューブシートの入口タンク及び出口タンクはそれぞれの開口部が積層方向に連通し、前記上部プレートの一端部には前記入口タンクに冷却媒体を導入するための入口パイプが形成され、且つ、前記上部プレートの他端部には前記出口タンクから冷却媒体を導出するための出口パイプが形成され、前記入口パイプから前記入口タンクに導入した冷却媒体を、前記複数積層された各チューブシートの冷媒流路を流通させた後、前記出口タンクから前記出口パイプを通じて導出するとともに、前記冷媒流路を流通する冷却媒体と前記複数のフィンに供給される熱交換媒体との間で熱交換を行う積層型熱交換器において、前記各チューブシートの入口タンクに形成された開口部の断面積ａ１と、前記入口パイプが前記上部プレートと接続する部分の断面積ａ２との流路面積比Ｒ（ａ１／ａ２）を、１．１≦Ｒ≦１．３としたことを要旨とする。
【０００６】
請求項２に係わる積層型熱交換器は、請求項１において、前記チューブシートは、一端部及び他端部にそれぞれ開口部が形成されたタンク成形部を有する一対のプレート部材を重ね合わせ、前記一端部で対向する一対の前記タンク成型部で形成される空間を前記入口タンクとし、また前記他端部で対向する一対の前記タンク成型部で形成される空間を前記出口タンクとするとともに、前記一端部と他端部の間で前記一対のプレート部材間に形成される空間を前記冷媒流路とすることを要旨とする。
【０００７】
請求項３に係わる積層型熱交換器は、請求項１又は２において、前記熱交換器コアは、前記各チューブシートの出口タンクに形成された開口部の断面積ａ１と、前記出口パイプが前記上部プレートと接続する部分の断面積ａ２との流路面積比Ｒ（ａ１／ａ２）を、１．１≦Ｒ≦１．３としたことを要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係わる積層型熱交換器によれば、入口タンクに形成された開口部の断面積と入口パイプの断面積の比を改善することにより、流れの拡大損失やタンク内での渦流れの影響を抑えることができるため、圧力損失を低減することができる。これによると、冷却水を供給するポンプの動力を減らすことが可能となり、燃料電池自動車に適した熱交換器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係わる積層型熱交換器では、圧力損失を低減する目的を、入口タンクに形成された開口部の断面積と、入口パイプの断面積との流路断面積比を改善することにより実現した。以下、本発明を実施するための最良の形態である実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本実施例に係わる熱交換器の分解斜視図、図２はチューブシートの分解斜視図、図３はチューブシートの組み付け状態を示す斜視図、図４は図１の矢視Ａに対応する概略断面図、図５は図１の矢視Ｂに対応する概略断面図である。
【００１１】
熱交換器１０は、大別すると、熱交換器コア１、ボトムケース２、アッパープレート（上部プレート）３から構成されている。
【００１２】
熱交換器コア１は、複数積層されたチューブシート１１と、積層方向に隣接するチューブシート１１間に挟持された複数のフィン１２とで構成されている。チューブシート１１は、図２に示すように、チューブシートアッパー１１１とチューブシートロワー１１２とから構成されている。チューブシートアッパー１１１の一端部には図上方に膨出した箱枠状のタンク成型部１１３ａが形成され、他端部には同じく図上方に膨出した箱枠状のタンク成型部１１３ｂが形成されている。更に、タンク成型部１１３ａには開口部１１４ａが形成され、タンク成型部１１３ｂには開口部１１４ｂが形成されている。一方、チューブシートロワー１１２の一端部には図下方に膨出した箱枠状のタンク成型部１１５ａが形成され、他端部には同じく図下方に膨出した箱枠状のタンク成型部１１５ｂが形成されている。更に、タンク成型部１１５ａには開口部１１６ａが形成され、タンク成型部１１５ｂには開口部１１６ｂが形成されている。
【００１３】
チューブシートアッパー１１１とチューブシートロワー１１２は、その外周部が例えばロー付けにより接合され、図３に示すようなチューブシート１１となる。ここで、対向するタンク成型部１１３ａとタンク成型部１１５ａとで形成される空間が入口タンク１１７となり、同じく対向するタンク成型部１１３ｂとタンク成型部１１５ｂとで形成される空間が出口タンク１１８となる。また、入口タンク１１７と出口タンク１１８との間で、チューブシートアッパー１１１とチューブシートロワー１１２とで形成される空間が冷媒路１１９となる。図２に示すように、隣接するチューブシート１１間に挟持されるフィン１２は、冷媒流路１１９上であって、タンク成型部１１３ａと１１３ｂとの間に形成された凹部に配置される。
【００１４】
このように構成されたチューブシート１１を、フィン１２とともに複数積層することで熱交換器コア１が形成される。なお、チューブシート１１とフィン１２の積層数は熱交換器の仕様に応じて適宜に設定される。また、最上層と最下層に配置されるチューブシート１１では、上下開口部の形状が他の層に配置されるチューブシート１１とは異なるが、ここでは詳細な図示を省略する。
【００１５】
アッパープレート３の一端部には、図１に示すように、例えば冷却水などの冷却媒体を導入するための入口パイプ１３が形成され、他端部には、熱交換後の冷却水を導出するための出口パイプ１４が形成されている。入口パイプ１３は、図４、図５に示すように、その中心がチューブシート１１の開口部１１４ａ、同１１６ａの中心と平面的に一致する位置に形成されている。同様に、出口パイプ１４についても、その中心がチューブシート１１の開口部１１４ｂ、同１１６ｂの中心と平面的に一致する位置に配置されている。なお、チューブシート１１を積層すると、各上下のチューブシート１１において、上方のチューブシート１１の開口部１１６ａに、下方のチューブシート１１の開口部１１４ａがはめ込まれて一つの開口部となるため、図面及び明細書では、適宜に開口部１１４ａ（１１６ａ）のように表記する。
【００１６】
図４、図５のように積層された熱交換器コア１内での冷却水の流れを図２で説明すると、入口パイプ１３から導入された冷却水１００は、各入口タンク１１７の開口部１１４ａ（１１６ａ）を抜けて積層方向に流通するとともに、一部は各層の冷媒流路１１９を抜けて出口タンク１１８側に流通し、更に各出口タンク１１８の開口部１１４ｂ（１１６ｂ）を抜けて出口パイプ１４から導出される。
【００１７】
一方、図１に示すように、熱交換器コア１が収納されるボトムケース２には、入口パイプ１３と出口パイプ１４の配置方向と直交する方向に、例えば空気などの熱交換媒体２００を導入するための入口用開口部２１が形成されるとともに、これと反対側には熱交換媒体を導出するための出口用開口部２２が形成されている。入口用開口部２１から導入された熱交換媒体２００は、積層された各フィン１２の間を通過して（図２参照）、出口用開口部２２から導出される。したがって、入口パイプ１３から導入された冷却水１００が冷媒流路１１９を流通する際に、入口用開口部２１から導入された熱交換媒体２００との間で熱交換が行われることになる。
【００１８】
図６は、入口パイプの断面積と入口タンク内の流路断面積を示す部分斜視図である。チューブシート１１の入口タンク１１７に形成された開口部１１４ａ（１１６ａ）の断面積ａ１と、入口パイプ１３がアッパープレート３と接続する部分の断面積ａ２は、流路面積比（ａ１／ａ２）Ｒが、１．１≦Ｒ≦１．３となるように設定される。なお、各チューブシート１１における開口部１１４ａと１１６ａは、それぞれ等しい断面積となるように形成されている。すなわち、図４、図５に示すように、複数積層された入口タンク１１７において、各層の開口部１１４ａ、１１６ａは全て同じ断面積となるように構成されている。
【００１９】
図７は、熱交換器内で生じる圧力損失と入口タンクの流路面積比との関係をシミュレーションした結果を示す特性図である。図７に示すように、流路面積比が１．１未満の場合は、タンクへ流入した流れのタンク側壁（１１４ａ，１１６ａ）への衝突による抵抗が増えるために圧力損失は大きくなる。一方、流路面積比が１．３を超える場合は、流れの拡大損失や、タンク内での渦流れのために圧力損失は大きくなり、とくに流路面積比を大きくしすぎると、流量の分配も悪くなってしまう。これに対し、本実施例のように、入口タンクの流路面積比Ｒを、１．１≦Ｒ≦１．３の範囲内に設定した場合は、流れの拡大損失やタンク内での渦流れの影響が抑えられるため、圧力損失を低減することができる。
【００２０】
なお、本実施例では、入口タンク１１７の開口部１１４ａ、１１６ａの形状を長円形とした例について示したが、開口部の形状は円形、楕円形、四角形など適宜に選択可能である。
【００２１】
また、本実施例では、出口タンク１１８の開口部１１４ｂ、１１６ｂについても、入口タンク１１７の開口部１１４ａ、１１６ａと同じ流路面積比としているが、出口タンク１１８側の圧力損失による影響は比較的少ないため、少なくとも入口タンク１１７の開口部１１４ａ、１１６ａの流路面積比Ｒが１．１≦Ｒ≦１．３の範囲内にあればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１に係わる熱交換器の分解斜視図。
【図２】チューブシートの分解斜視図。
【図３】チューブシートの組み付け状態を示す斜視図。
【図４】図１の矢視Ａに対応する概略断面図。
【図５】図１の矢視Ｂに対応する概略断面図。
【図６】入口パイプの断面積と入口タンク内の流路断面積を示す部分斜視図。
【図７】熱交換器内で生じる圧力損失と入口タンクの流路面積比との関係を示す特性図。
【符号の説明】
【００２３】
１  熱交換器コア
２  ボトムケース
３  アッパープレート
１０  熱交換器
１１  チューブシート
１２  フィン
１３  入口パイプ
１４  出口パイプ
２１  入口用開口部
２２  出口用開口部
１００  冷却水
１１１  チューブシートアッパー
１１２  チューブシートロワー
１１３ａ，１１３ｂ  タンク成型部
１１４ａ，１１４ｂ  開口部
１１５ａ，１１５ｂ  タンク成型部
１１６ａ，１１６ｂ  開口部
１１７  入口タンク
１１８  出口タンク
１１９  冷媒流路
２００  熱交換媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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